JP4691040B2 - グラフィックモデルのウォール厚測定のためのシステム、方法及びコンピュータプログラム製品 - Google Patents

Description

本発明は、一般にオブジェクトモデリングのツール及びプロセスに関するものである。

コンピュータを使った設計とモデリング（ＣＡＤ／ＣＡＭ）［ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ］はあらゆる部品の設計と製造においてなくてはならないものとなった。データ処理システムで部品の設計、モデリング及び修正を行なうことにより、開発しながらにして製品を視覚化し最適化することができ、実際の製造が開始される前に確実に正確な設計をすることができる。

モデリングされたオブジェクトの形状及び寸法を迅速に修正する能力は、このプロセスにおいて大きな利点となる。製品の適切なモデリングを確実に行なうためには全ての寸法を検証しればならない。

製品部品の設計において、ウォール厚のチェックは重要且つ当然の必要条件である。しかしながら、このチェックを行なう効率的で強力なアプリケーションがあまりないことから、おろそかにされてきた分野でもある。製品のウォール厚は、プラスチック部品の製造と製品品質及び鋳造部品(例えばエンジンなど)の設計において極めて重要である。自動的にウォール厚をチェックし、最小及び最大ウォール厚を求めるための効率的なツールに対する需要は高い。しかしながら、この分野における現在のソリューションは時間がかかり過ぎ、正確さも十分ではない。

したがって本技術分野では、効率的且つ正確にグラフィックモデルのウォール厚を測定するためのシステム、方法及びコンピュータプログラム製品が求められている。

ウォール厚を測定するためのシステム、方法及びコンピュータプログラム製品を開示する。モデルの本体内部のトポロジーが生成されると、ウォール要素間の該トポロジーを走査して、ウォール厚を求める。

上記は、後述する本発明の詳細な説明を当業者がより良く理解できるよう、本発明の特徴及び技術的な効果についてかなり広範に概要を述べたものである。本発明の更なる特徴と効果は本発明の請求項の主題となるものあり、以下において説明する。当業者は、開示されている概念及び特定の実施例を、本発明と同じ目的を果たすために他の構成を変更もしくはデザインするための基礎として容易に使用できることを理解するであろう。当業者はまた、これらの同等な構築は最も広義な形での本発明の精神及び範囲から逸脱するものではないことを認識するであろう。

下記の発明の詳細な説明に進む前に、本特許全体に亘って用いる特定の単語及び語句を定義することは有意義であろう。「含む」及び「から成る」という用語並びにそれらの派生語は、制限のない包含を意味する。「または」と言う用語は包括的で、その意味するところは及び／またはということである。「に関連する」及び「と関連する」という語句並びにそれらの派生語は、含む、含まれる、相互に関連する、包含する、包含される、〜を含む、〜内に含まれる、相互に接続する、〜を包含する、〜に包含される、〜に接続するもしくは〜と接続する、〜と連結するもしくは〜に連結する、〜と伝達できる、〜と提携する、インターリーブする、並列する、〜に隣接する、〜に境を接するもしくは〜と境を接する、〜を有する、〜の性質を有する、等を意味する。「コントローラ」という用語は、少なくとも１つの操作を制御するデバイス、システム、またはそれらの部品の全てを意味し、そのようなデバイスが、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウエアまたは少なくとも２つの同様なものを組み合わせたものに実装されているかを問わない。特定のコントローラに関連する機能性は集中型でも分散型でもよく、ローカルかまたは遠隔かは問わないことに留意されたい。本特許では特定の単語および語句の定義を提供するが、当業者は、そのような定義は、殆どではないにしても多くの場合、そのように定義された単語および語句の従来の使用および今後の使用に当てはまることが理解できるであろう。

発明の詳細な説明

以下に考察する図１乃至図１４及び本特許に記載の本発明の原理を説明するのに用いた様々な実施例は例を示すためだけのものであり、如何なる場合でも本発明の範囲はこれらのみに限定して解釈されるべきではない。当業者は、本発明の原理は適宜に準備されたものであればどのようなデバイスを用いても実施できることを理解するであろう。本出願の多数の革新的な教示を、現時点で好ましいとする実施例を特に参照しながら説明する。

ウォール厚を測定するためのシステム、方法及びコンピュータプログラム製品が開示されている。モデルの本体内部のトポロジーが生成されると、ウォール要素間の該トポロジーを走査して、ウォール厚を求める。

図１は、好ましい実施例を実現できるデータ処理システムのブロック図である。図示したデータ処理システムは、プロセッサ１０２、２次キャッシュ／ブリッジ１０４及びローカルシステムバス１０６を含み、プロセッサ１０２は２次キャッシュ／ブリッジ１０４に、そして２次キャッシュ／ブリッジ１０４はローカルシステムバス１０６に接続されている。ローカルシステムバス１０６は、例えば、周辺構成要素相互接続（ＰＣＩ）アーキテクチャバスでもよい。図示した例ではローカルシステムバスにはまたメインメモリ１０８及びグラフィックスアダプタ１１０も接続されている。

ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）／ワイドエリアネットワーク／ワイアレス(例えばＷｉＦｉ)アダプタ１１２などのその他の周辺構成要素もローカルシステムバス１０６に接続されるようにしてもよい。拡張バスインターフェース１１４によりローカルシステムバス１０６が入力／出力（Ｉ／Ｏ）バス１１６に接続される。Ｉ／Ｏバス１１６はキーボード／マウスアダプタ１１８、ディスクコントローラ１２０及びＩ／Ｏアダプタ１２２に接続されている。

図示した例のＩ／Ｏバス１１６にはオーディオアダプタ１２４も接続されており、オーディオアダプタ１２４には音声を再生するためのスピーカー(図示せず)を接続することもできる。キーボード／マウスアダプタ１１８はマウス、トラックボール、トラックポインターなどのポインティングデバイス(図示せず)を提供する。

当業者は、図１に示したハードウェアの詳細については様々であり得ると理解するであろう。例えば、図示したハードウェアに加えてまたはそれらの代わりに、光ディスクドライブ等のその他の周辺構成デバイスを用いることもできる。図示した例は説明のためだけのものであって、本発明に関する構造上の制限を示唆するものではない。

本発明の好ましい実施例によるデータ処理システムはグラフィカルなユーザーインターフェースを用いたオペレーティングシステムを含む。該オペレーティングシステムは該グラフィカルなユーザーインターフェースに複数のウィンドウを同時に表示することを可能にし、各表示ウィンドウは異なるアプリケーションとの、または同じアプリケーションの異なるインスタンスとのインターフェースを提供する。ユーザーは該グラフィカルなユーザーインターフェースのカーソルを該ポインティングデバイスを介して操作できる。該カーソルの位置を変えること及び／またはマウスボタンをクリックするなどのイベントによって、望ましいレスポンスを得るように作動させる。

適宜に変更すれば、ワシントン州レドモンド市にあるマイクロソフト社の製品であるマイクロソフトウィンドウズＴＭの一バージョンなどの様々な市販のオペレーティングシステムの一つを用いることができる。説明したような本発明にしたがって該オペレーティングシステムを変更または作成してもよい。

図２は、好ましい実施例によるウォール厚をチェックするプロセスのフローチャートを図示している。幾つかのステップのより詳しい説明は以下の通りである。

好ましいプロセスによれば、グラフィックモデルがデータ処理システムにロードされる（ステップ２０５）。ここで特に注目すべきことは、該ユーザーに対して該モデルが表示されているいないに関わらず、このステップにはモデルパラメータの仕様を含むファイルをロードすることを含むこともできるということである。同様に、他のステップが実行されるにあたっても該ユーザーには必ずしも何かが表示されるわけではない。

次に、該システムは該モデルの表面に表面メッシュを生成する（ステップ２１０）。

該システムはその後該表面メッシュに対応する本体内部のトポロジーを生成する（ステップ２１５）。

該システムは第一のウォール側の第一の２次元要素を識別する（ステップ２２０）。次に該システムは、本体内部のトポロジーを走査し（ステップ２２５）、これは第二のウォール側の第二の２次元要素を識別する（ステップ２３０）まで続けられる。

該システムはその後、該第一の要素と該第二の要素の間の距離を測定する（ステップ２３５）。これによりウォール厚が効率的且つ正確に求められる。測定した距離に対応するウォール厚が保存される（ステップ２４０）。

該製品モデルの表面上に２次元表面メッシュを生成するステップは、当業者に周知の方法を用いて行なわれる。図３は典型的な２次元表面メッシュの結果を示している。

上述のように、該ウォールの各側の該表面メッシュの二つの小さな要素間の距離を測定することにより該厚さが求められる。該二つの要素は、該表面メッシュの一つの要素から該ウォールの反対側までの該本体内部のトポロジーの空間走査を行うことにより求められる。該空間走査は該本体内部のトポロジーに従ったものなので、該空間走査には最短のパスが使われたと考えることができる。

少なくとも幾つかの実施例によれば、本体内部のトポロジーの生成には二つのアプローチが用いられる。３次元立体メッシュ（４面体タイプ）と３次元格子マッピングである。どちらも当業者に周知のアプローチである。

２次元表面メッシュの生成後、３次元立体メッシュが生成される。図４は、典型的な３次元立体メッシュの結果を図示している。

該本体内部のトポロジー法により走査するのは、厚さに関する二つの２次元メッシュ要素を最短の探索パスで求めるためである。図５は、図４に対応する３次元立体メッシュの結果の断面図の典型例である。

図６は３次元立体メッシュ法による走査を示している。表面要素６０５上のポイントから投影されたポイントでの面法線及び該メッシュの４面体要素のトポロジーに導かれて、厚さに関する一対の２次元表面要素６０５と６１０を最短パス６２０上に見出す。すると、厚さ６１５が測定できる。

該本体内部のトポロジーを生成するもう一つのアプローチは３次元格子マッピングである。このアプローチは、概念上製品本体を包み込んでいる小さな立方体の輪郭を定める３次元格子を作成するものである。そして、２次元表面メッシュ要素はそれぞれ対応する立方体にマッピングされる。何らかの表面要素と関連している全ての立方体は、効率的な空間走査のためツリー構造に維持される。図７は、３次元格子マッピングアプローチの一例を示している。

図８は、図７に対応する３次元格子マッピングの結果の典型的な断面図である。その内部に要素が存在するマッピング立方体は高速探索のためのツリーデータ構造に維持されている。空間内のあるポイントを選ぶと、該ツリーデータ構造は該ポイントを包み込む対応するマッピング立方体を効率的に選出する。探索アルゴリズムは探索の問題をｎの２乗の次数の問題からｎ＊ｌｏｇ（ｎ）次数の問題へと簡略化する。例えば、百万個のオブジェクトの配列がバイナリツリー構造に維持されている場合、探索８回未満で一つのオブジェクトを見つけることができる。

図９乃至図１２は、３次元格子マッピング内の走査を図示している。３次元格子マッピングのトポロジーに関するプロセス内での空間走査は、図１３のフローチャートを参照しながら以下に説明する通りである。

図９に示すように、該走査は第一の２次元表面メッシュ要素が存在する立方体から始まる(ステップ１３０５)。

次に、厚さを求めようとしている該２次元表面メッシュ要素上の何れかのポイントについて、それを製品モデルの対応する表面に投影する(ステップ１３１０)。続いて図１１に示すように、その表面上に投影されたポイントの面法線を求める（ステップ１３１５）。

次に図９及び図１０に示すように、該面法線に従って、またオプションとして角度の範囲に規定された領域に導かれて、立方体の空間的位置を通して、厚さに関して対となるもう一つの要素の探索を行う（ステップ１３２０)。該領域内の立方体内に存在している表面要素のみが該探索に含まれる。したがって、該探索に要する時間は大幅に削減される。

厚さに関して対となるもう一つの要素が見つかると該探索は終了する(ステップ１３２５)。図１２に示すように、該第一の投影されたポイントと厚さに関して対となるもう一つの要素をつなぐ厚さに関するラインは、他の２次元表面要素と交わることがあってはならない。

最後に、該システムは厚さに関して対となる該もう一つの要素上で見つけたポイントを該製品モデル上に投影する(ステップ１３３０)。

該走査が行なわれ第二の要素が識別されると上述したように距離を測定することができる(ステップ１３３５)。

更に正確さを高めるために、該システムは厚さ測定のサンプルポイントの数を増やす。

厚さ測定のためのサンプルポイントの密度を増やすには二つの方法がある。（１）全体的に要素のサイズを縮小することにより表面メッシュ要素の数を増やす方法と、（２）全体的に要素のサイズを変えることなく各メッシュ要素内でのサンプルポイントの数を増やす方法である。

一つ目の方法では、新たな表面メッシュを再度生成する必要がある。このアプローチにはより多くの時間がかかる。二つ目の方法は既存のメッシュに基づいてサンプルポイントを追加するだけでメッシュを再度生成しなくて済む。図１４は、各メッシュ要素に対してサンプルポイントの数を増加させる幾つかのスキームを図示している。サンプルポイントの数が増えるほど、厚さに関する結果がより正確になる。新たなサンプルポイントの厚さを求めるために必要に応じて上述したプロセスが繰り返される。

好ましい実施例により、周知の方法より格段に効率的で正確なウォール厚測定が可能になる。例えば、周知のウォール厚決定法である「中心軸」法では、製品本体に対する近似アルゴリズムを用いて中心面を計算するので、この方法は正確さが低く時間がかかる。更に、該アルゴリズムは数多くの非常に複雑な部品がある場合には機能しないことが多い。

好ましい実施例は、製品表面の二つの２次元表面メッシュ要素間の厚さを直接測定する方法を提供するので、より正確な結果が得られるようになる。厚さに関するメッシュ要素を見出す際に本体内部のトポロジーの走査を用いるので、確実に最短パスを使うことになり、したがってパフォーマンスが非常に良くなる。

開示された実施例と周知の技術との大きな違いは、開示されたプロセスにより求められたウォール厚の結果は、製品モデルの隅部であっても左右されないということである。中心軸アプローチの様な他の方法を用いた場合には結果は隅部で悪くなる。

説明を簡潔かつ明確にするために、本発明と共に使用するに適した全てのデータ処理システムに関し、その完全な構成とオペレーションが本願に図示もしくは記載されているわけではないことを当業者は認識するであろう。そうではなく、本発明に特有なデータ処理システム、もしくは本発明を理解するのに必要なデータ処理システムのみが図示及び記載されている。データ処理システムの構成とオペレーションで本願に記載されていないものは、当技術分野で公知の様々な現行の実施方法及び使用例に沿ったもので良い。

本発明は完全に機能的なシステムとして記載されているが、本発明のメカニズムの少なくとも一部は、機械で使用可能な様々な形態の媒体に収められた指示として頒布させることができることを当業者は理解するであろうことと、また本発明が、実際の頒布のために使用される指示もしくはシグナルを含む媒体の特定の種類に関わらず、同じ様に応用できることは、特記すべき事項である。機械で使用可能な媒体の例としては読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）もしくは電気的消去、プログラム可能型読み取り専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）などの不揮発性のハードコードされた媒体、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、及びコンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、もしくはデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）などのユーザーが記録できる媒体、及び、デジタルコミュニケーションリンク及びアナログコミュニケーションリンクなどの伝達型媒体が含まれる。

本発明の実施例はその詳細が記載されているが、本願が開示する発明は、その最も広範な精神及び範囲から逸脱することなく、様々な形で変更、置き換え、変形、及び改良できるということを当業者は理解するであろう。例えば、ここでは製品モデルを詳細に説明しているが、開示された技術は如何なる種類のグラフィカル要素モデルまたは有限要素モデルにも適用できる。

本出願内の記載は如何なるものであれ、特定の構成要素、ステップ、もしくは機能が、特許請求の範囲に含まれなければならない不可欠な構成要素であると示唆するものではない。つまり、特許に含まれる内容の範囲は、請求項の範囲によってのみ定義されるものである。また、これらの請求項はどれも、「（ため）の手段」という言葉が分詞の後に続かない限り、合衆国法典第３５編第１２条の第６段落の発動を意図するものではない。

本発明及び本発明による効果をより完全に理解するために、付随する図面と併せながら下記に説明をする。なお、図内の同じ数字は同じものを示す。

好ましい実施例を実現できるデータ処理システムのブロック図である。 好ましい実施例によるプロセスのフローチャートである。 典型的な２次元表面メッシュの結果を図示している。 典型的な３次元立体メッシュの結果を図示している。 ３次元立体メッシュの結果の典型的な断面図である。 ３次元立体メッシュの結果内での走査の一例を図示している。 ３次元格子マッピングアプローチの一例を図示している。 ３次元格子マッピング結果の典型的な断面図である。 ３次元格子マッピング内での走査の一例を図示している。 ３次元格子マッピング内での走査の一例を図示している。 ３次元格子マッピング内での走査の一例を図示している。 ３次元格子マッピング内での走査の一例を図示している。 好ましい実施例によるプロセスのフローチャートである。 サンプルポイントの数を増加させる一例を図示している。

Claims (16)

1. コンピュータを用いてグラフィックモデルのウォール厚を求める方法であって、
   コンピュータが、
   グラフィックモデルの表面に表面メッシュを生成することと、
   該表面メッシュに対応する該グラフィックモデルの本体内部のトポロジーを生成することと、
   該グラフィックモデルの表面メッシュ内の第一の要素を識別することと、
   該グラフィックモデルの表面に該第一の要素の１つのポイントを投影し、該第一の要素の１つのポイントに対応する投影されたポイントを識別することと、
   該投影されたポイントにおける面法線の方向を求めることと、
   該面法線と該本体内部のトポロジーとを用いて、該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の第二の要素を探索することと、
   該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の該第二の要素を識別することと、
   該第一の要素と該第二の要素との間の距離であって、ウォール厚に対応する距離を求めることと、
   を備えたグラフィックモデルのウォール厚を求める方法。
2. 該本体内部のトポロジーが３次元立体メッシュの４面体タイプのトポロジーであることを特徴とする請求項１の方法。
3. 該本体内部のトポロジーが３次元格子マッピングにより生成されることを特徴とする請求項１の方法。
4. 更に正確な結果を得るために、コンピュータが該表面メッシュ内のサンプルポイントを増やすことをさらに備える請求項１の方法。
5. 表面メッシュが立方体にマッピングされていて、効率的な探索を行うためにツリー構造に維持されることを特徴とする請求項３の方法。
6. 該探索が該第一の要素から、該面法線の方向で行われることを特徴とする請求項１の方法。
7. 少なくともプロセッサとアクセス可能なメモリを有する、グラフィックモデルのウォール厚を求めるためのデータ処理システムであって、
   グラフィックモデルの表面に表面メッシュを生成する手段と、
   該表面メッシュに対応する該グラフィックモデルの本体内部のトポロジーを生成する手段と、
   該グラフィックモデルの表面メッシュ内の第一の要素を識別するための手段と、
   該グラフィックモデルの表面に該第一の要素の１つのポイントを投影し、該第一の要素の１つのポイントに対応する投影されたポイントを識別するための手段と、
   該投影されたポイントにおける面法線の方向を求めるための手段と、
   該面法線と該本体内部のトポロジーとを用いて、該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の第二の要素を探索するための手段と、
   該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の該第二の要素を識別するための手段と、
   該第一の要素と該第二の要素との間の距離であって、ウォール厚に対応する距離を求めるための手段と、
   から構成されるデータ処理システム。
8. 該本体内部のトポロジーが３次元立体メッシュの４面体タイプのトポロジーであることを特徴とする請求項７のデータ処理システム。
9. 該本体内部のトポロジーが３次元格子マッピングにより生成されることを特徴とする請求項７のデータ処理システム。
10. 更に正確な結果を得るために、該表面メッシュ内のサンプルポイントを増やすための手段を更に備える請求項７のデータ処理システム。
11. 該表面メッシュが立方体にマッピングされていて、効率的な探索を行うためにツリー構造に維持されることを特徴とする請求項９のデータ処理システム。
12. コンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、コンピュータを
    グラフィックモデルの表面に表面メッシュを生成する手段と、
    該表面メッシュに対応する該グラフィックモデルの本体内部のトポロジーを生成する手段と、
    該グラフィックモデルの表面メッシュ内の第一の要素を識別するための手段と、
    該グラフィックモデルの表面に該第一の要素の１つのポイントを投影し、該第一の要素の１つのポイントに対応する投影されたポイントを識別するための手段と、
    該投影されたポイントにおける面法線の方向を求めるための手段と、
    該面法線と該本体内部のトポロジーとを用いて、該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の第二の要素を探索するための手段と、
    該グラフィックモデルの該表面メッシュ内の該第二の要素を識別するための手段と、
    該第一の要素と該第二の要素との間の距離であって、ウォール厚に対応する距離を求めるための手段と
    として機能させるためのコンピュータプログラムを記録した記録媒体。
13. 該本体内部のトポロジーが３次元立体メッシュの４面体タイプのトポロジーであることを特徴とする請求項１２のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
14. 該本体内部のトポロジーが３次元格子マッピングにより生成されることを特徴とする請求項１２のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
15. 更に正確な結果を得るために、該表面メッシュ内のサンプルポイントを増やすための手段を更に備える請求項１２のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
16. 該表面メッシュが立方体にマッピングされていて、効率的な探索を行うためにツリー構造に維持されることを特徴とする請求項１４のコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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